专利名称：用于中央空调计量的末端控制器及计费系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于空调能量计量与计费技术领域，尤其涉及一种中央空调系统风机盘管末端的能量计量装置。
背景技术：
空调系统冷热量的准确计量与合理计费不但有利于建筑节能，而且有利于物业管 理。风机盘管是中央空调系统最常见的末端形式。目前对风机盘管空调系统的冷量计量 方法主要有两种计时法和水侧双温流量计量法。计时法是对风机盘管的运行时间进行累 计，仅考虑不同风速下的风机功率，没有考虑风机盘管冷冻水流量和冷冻水温度的变化，计 量准确度低，误差较大，不利于空调的合理收费。水侧双温流量计量法对于每个末端都需要 一个流量计和两个温度计，通过积分计算冷量。虽然冷量计量精度较高，但初投资大，安装 复杂，维护困难。而且计量装置的显示往往不是以能量单位直观显示，影响了用户对空调耗 能的知情。
发明内容为了克服现有中央空调系统风机盘管末端计费装置(1)仅以风机运行时间为计 费依据，粗糙计费的不合理问题；(2)需要实时监测进、出水温和流量，投资费用高、安装和 维护繁复等问题，本实用新型提供安装在中央空调风机盘管末端的用于中央空调计量的末 端控制器及计费系统，不仅能准确计量并实时显示风机盘管运行的实际冷量，而且经济简 便。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种用于中央空调计量的末端控制器，所述末端控制器包括单片机MCU、显示模 块、电源模块。所述末端控制器安装在中央空调风机盘管末端，通过单片机MCU的并行输入 接口连接到中央空调风机盘管水阀状态检测装置用于采集盘管水阀的开启或关闭状态；通过单片机MCU的并行输出接口连接到盘管水阀的控制装置实现末端控制器对 所述盘管水阀的开启或关闭控制；通过单片机MCU的并行输入接口连接到风机的三档风速检测装置用于采集风机 的风速；单片机MCU采集风机速度信号，并根据预先设定好的对应风速下的冷量记录速 度，对实际消耗的冷量进行计算并存储用户实际消耗的冷量；所述显示模块与单片机MCU相连用于显示所述用户实际消耗的冷量；所述电源模块分别与单片机MCU和显示模块的电源输入端相连以提供直流电源。 所述末端控制器还包括连接到所述单片机MCU的通讯接口的通讯模块，实现与上 位管理计算机的通信。 所述盘管水阀的控制装置为经过光电隔离后连接到单片机MCU的并行输出接口 的第一和第二继电器。[0013]本实用新型还公开了一种用于中央空调计量的风机盘管末端计费系统，包括多个 末端控制器，其特征在于所述每一个末端控制器安装在相应的中央空调风机盘管末端，所述每一个末端控 制器的通讯模块通过通信网络与上位管理计算机通信，将每一个末端控制器检测的用户实 际消耗的冷量传至上位管理计算机。本实用新型的有益效果是1.仅通过对风机盘管风速状态的信号监测，根据预设的三档风速下不同的记录速 度，以空调冷量为装置计量单位，记录实际空调冷量。2.对单片机功能进行扩展，增加了看门狗、电压监控和串行EEPROM功能，使系统 不仅运行更加可靠、稳定，还具有重要数据能长期保存的特点。3.系统通过液晶显示模块直接以数字形式显示实际空调冷量，利于实现透明与合 理收费。4.系统元器件及芯片经济、成熟、适用，系统成本低，安装简单，维护方便。
图1所示为本实用新型末端控制器的结构框图；图2所示为本实用新型末端计费系统的接线原理图；图3所示为本实用新型的末端控制器的监控程序框图；图4所示为本实用新型末端控制器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型进一步说明。本实用新型利用直接安装在中央空调系统末端风机盘管的末端控制器，采集风机 盘管风机的高、中、低三个速度档位信号。依据风机盘管风速与空调水量、空调供回水温差 的固有特性，预先设定末端控制器内置软件计时器对应三档风速下的记录速度。当风机盘 管的风机运转状态信号识别为低档风速时，计费算法以标准记录速度记录冷量；当风机盘 管的风机运转状态信号识别为中档风速和高档风速时，计时器修正计时速度为提前预设的 一定倍数，记录并显示风机盘管实际空调冷量。空调计费时，只需记录本次开机运行消耗的冷量，与上次抄表数据相减，即为该计 费周期的用冷量，以此乘以单位冷量的收费单价标准就可得出相应的费用。从而实现如电 表、水表类似的计量和收费方式。用户可以自己读取用量，并计算每月空调费用，保证计量 与计费的透明与公平。本实用新型的电路实现方案中央空调系统风机盘管末端计费装置，是一个具有 数据采集、处理、存储、显示及通信功能的末端控制器。该末端控制器由具有计时、数据处 理、运算和存储功能的单片机MCU，显示终端，电源模块和通信模块等组成，如图1所示。MCU 含有微处理器MPU、串/并行输入输出接口、程序存储器Flash、数据存储器、EEPR0M、定时器 /计数器、看门狗等部件。如该末端控制器不配置通信模块，则构成简单末端控制器。简单 末端控制器可单独使用，具有适用、经济、安装方便等特点。末端控制器监控程序存储于Flash存储器中，由风机开启信号启动运行。控制器通过并行输入接口采集水阀状态信号，当用户水阀关闭时，监控程序退出；当水阀开启时，查询用户是否已缴费，如未缴费，控制器通过并行输出接口发出关闭水阀命令，同时监控程 序退出。如用户已缴费，控制器采集风机盘管风机高、中、低三个速度档位状态信号，并根据 预先设定好的对应风速下的冷量记录速度，对实际消耗的冷量进行记录。MCU对计算结果进 行存储，通过显示模快显示用户消耗的冷量，并通过通信网络与上位管理计算机通信，将相 关数据传至管理计算机，采用数据库进行统一的存储和管理，便于查询、打印。从而组成具 有采集、处理、控制及管理功能的中央空调系统风机盘管末端计费系统。该末端计费系统的 接线原理如图2所示。本实用新型的中央空调系统风机盘管末端计费装置监控程序框图如图3所示。当 用户打开任风速开关时，末端控制器开始执行监控程序。程序首先启动控制器中的定时器 (当定时器计满时，中断调用计时程序，更新计时器时间)，然后采集三档风速开关状态信 号，并作判断风速开关是否置为低速档？是则读取标准计时器时间数据TL，否则判断风 速开关是否置为中速档，是则读取中速计时器时间数据TM，否则读取高速计时器时间数据 TH0上述在不同风速下，由不同记录速度产生的计时器的时间数据TL、TM、TH，用于冷量计 算公式中准确计算用户消耗的冷量。接着控制器采集水阀状态，如水阀关闭，则退出监控程 序；如水阀开启，则执行如下操作向上位机查询该用户是否按时交费，如未交费，末端控 制器发出关闭水阀命令，如已按时交费，则如3分钟时间到时，进行一次冷量计算、显示、存 储，并上传至上位管理机等操作。本实施例中MCU采用ATMEL公司的AT89S52单片机，通信 模块采用MAX487E，液晶显示模块采用SG12864，电源模块采用开关电源。通过必需的软硬 件设计，实现风机盘管能耗计量、显示及与管理计算机(PC机)通信的功能。图4是本实用新型的电路图，AT89S52单片机共有4个8位准双向I/O接口 P0、 PI、P2、P3，每个接口的每一位都有输出锁存器、输出驱动器、输入缓存器。对每个接口可进 行字节输入、输出操作，也可进行位操作。AT89S52单片机的第18、19引脚接晶振，第40引 脚接电源模块的Vcc端，第20引脚接电源模块的GND端。X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一体的可编程控制 电路。其中看门狗对系统提供保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，看门狗通过 RESET信号向CPU作出反应。电压监控功能可以保护系统免受低电压的影响。当电源电压 降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045与AT89S52单 片机采用SPI总线接口方式，该接口电路为AT89C52单片机扩展了 4kB的串行EEPR0M，即使 系统在掉电后仍可维持数据不变，因此在本实施例中用于存储风机各档风速计时器数据。 X5045的EEPROM内部数据最小保存期为100年，可擦写100万次以上。如图所示，X5045芯 片共有8个引脚，其中第3、8引脚接+5V电源，第4引脚接地；片选输入端CS、串行数据输出 端SO、串行时钟输入端SCK、串行数据输入端SI分别与AT89S52单片机P2 口的21、22、23、 24引脚相连；复位输出端RESET与单片机的第9引脚相连。如图4所示，Rl R3为限流电阻，Dl D3为整流二极管，D4 D6为反向保护二 极管。风机盘管三档风速检测信号经光耦TLP521-1输入AT89S52单片机的Pl 口第1、2、3 引脚。当风机盘管高、中、低三档风速开关任一档接通，其相应回路限流电阻和二极管导通， 对应的单片机引脚为低电平(0)，而其余两档风速检测引脚为高电平(1)。风机盘管水阀控 制信号引自AT89S52单片机Pl 口的第5、6引脚，经光电隔离后通过继电器Jl、J2分别实现阀门的开、关控制。如图所示，当第5引脚置高时，光耦导通，继电器Jl线圈通过电流，关水阀电气回路接通，水阀关闭；当第6引脚置高时，光耦导通，继电器J2线圈通过电流，开水阀 电气回路接通，水阀开启。水阀状态检测信号经光耦TLP521-1输入AT89S52单片机Pl 口 的第4引脚。本实用新型采用液晶显示模块SG12864，图中SG12864与AT89S52单片机的连接 采用直接访问方式，即将液晶显示模块当作存储器或I/O设备，单片机以访问存储器或I/O 设备的方式操作液晶显示模块。如图4所示，显示模块的8位数据线DBO DB7与AT89S52 单片机PO 口的第32 39引脚相连；指令/数据选择线D/I、读/写选择线R/W及片选信 号线CSU CS2分别与单片机P2 口的第25、26、27、28引脚相连；E为使能信号线，与单片机 16、17引脚信号的与非输出相连。本实用新型采用MAXIM公司生产的MAX487E通信模块与上位机进行通信。MAX487E 是一种差分平衡型收发器芯片，是用于TTL协议与485协议转换的小功率收发器，它含有一 个驱动器和一个接收器，采用半双工通信方式，节点数128个，具有抗雷击、抗静电冲击、限 斜率驱动和故障保护等功能。接收器输出端RO与AT89S52单片机的第10引脚相连，驱动 器输入端DI与单片机的第11引脚相连，驱动器输出使能端与单片机的第13引脚相连，接 收器输出使能端接GND。电源模块采用开关电源，输入AC220V，输出DC士5V，DC士 12V。
权利要求一种用于中央空调计量的末端控制器，所述末端控制器包括单片机MCU、显示模块、电源模块，其特征在于用于中央空调计量的末端控制器及计费系统所述末端控制器安装在中央空调风机盘管末端，通过单片机MCU的并行输入接口连接到中央空调风机盘管水阀状态检测装置用于采集盘管水阀的开启或关闭状态；通过单片机MCU的并行输出接口连接到盘管水阀的控制装置实现末端控制器对所述盘管水阀的开启或关闭控制；通过单片机MCU的并行输入接口连接到风机的三档风速检测装置用于采集风机的风速；单片机MCU采集风机速度信号，并根据预先设定好的对应风速下的冷量记录速度，对实际消耗的冷量进行计算并存储用户实际消耗的冷量；所述显示模块与单片机MCU相连用于显示所述用户实际消耗的冷量；所述电源模块分别与单片机MCU和显示模块的电源输入端相连以提供直流电源。
2.根据权利要求1所述的用于中央空调计量的末端控制器，其特征在于所述末端控 制器还包括连接到所述单片机MCU的通讯接口的通讯模块，实现与上位管理计算机的通fn °
3.根据权利要求2所述的用于中央空调计量的末端控制器，其特征在于所述单片机 MCU优选AT89S52单片机。
4.根据权利要求2所述的用于中央空调计量的末端控制器，其特征在于风机的三档 风速检测信号经光耦输入至单片机MCU的并行输入接口。
5.根据权利要求2所述的用于中央空调计量的末端控制器，其特征在于所述盘管水 阀的控制装置为经过光电隔离后连接到单片机MCU的并行输出接口的第一和第二继电器。
6.一种用于中央空调计量的风机盘管末端计费系统，包括多个如权利要求2-5所述的 末端控制器，其特征在于所述每一个末端控制器安装在相应的中央空调风机盘管末端，所述每一个末端控制器 的通讯模块通过通信网络与上位管理计算机通信，将每一个末端控制器检测的用户实际消 耗的冷量传至上位管理计算机。
专利摘要本实用新型用于中央空调计量的末端控制器及计费系统，用于中央空调系统风机盘管的能量计量，由单片机MCU、显示模块、电源模块和通信模块构成。所述末端控制器安装在中央空调风机盘管末端，通过单片机MCU的并行输入接口连接到中央空调风机盘管水阀状态检测装置用于采集盘管水阀的开启或关闭状态；通过单片机MCU的并行输出接口连接到盘管水阀的控制装置实现末端控制器对所述盘管水阀的开启或关闭控制；通过单片机MCU的并行输入接口连接到风机的三档风速检测装置用于采集风机的风速；通过单片机MCU采集到的风机盘管风速信号，对实际消耗的冷量进行记录、显示和存储。本实用新型信号监测简单，系统成本低，安装与维护方便。
文档编号G01D4/00GK201561528SQ20092020648
公开日2010年8月25日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者卿晓霞, 白雪莲 申请人:重庆大学